Бактерии и водоросли действуют как биокатализаторы глубоководного отложения сырья

Морское дно усеяно сырьем, которое может оказаться очень важным в будущем: марганец и железо, а также более редкие и ценные элементы, такие как кобальт, медь, цинк и никель, присутствуют в больших количествах в виде глубоководных ископаемых. узелки и корочки. Отложения таких материалов из морской воды и отложений являются результатом процесса, известного как биоминерализация. Микроорганизмы, такие как бактерии и водоросли, способствуют этому процессу образования узелков и корок и катализируют накопление металлов, как показали новые исследования Института физиологической химии и патобиохимии Университета Иоганна Гутенберга в Майнце. Новые результаты, по мнению ученых, могут способствовать экологически чистому и устойчивому использованию ценных морских природных ресурсов. Конкуренция за ресурсы морского дна уже началась; промышленно развитые страны уже заявили свои претензии и выделили регионы с большими запасами сырья. «Это потенциальный источник международного конфликта», — считает профессор Вернер Мюллер из Университета Майнца. Как только мы поймем, как именно образуются глубоководные конкреции и корки, мы, возможно, в не столь отдаленном будущем сможем разработать штаммы микроорганизмов, которые могли бы очень специфически «выращивать» важное для нас сырье. Мюллер исследует подводный мир более 30 лет и считается пионером исследования губок в Германии. Но интересы квалифицированного молекулярного биолога не ограничиваются губками, которые, по его мнению, представляют собой практически неисчерпаемый источник сырья, начиная с биологически активных веществ для медицинских целей и заканчивая силикатами для оптических путей. В его глазах бактерии и водоросли — тоже настоящие маленькие волшебники. Марганцевые конкреции образуются на морском дне на глубинах от 4000 до 5000 метров. За последние 10 миллионов лет или около того в форме конкреций накопилось около 300 миллиардов тонн марганца. «Это весьма удивительно, если учесть, что концентрация марганца в морской воде исчезающе мала», — говорит Мюллер. Помимо марганца, клубеньки (напоминающие клубни картофеля) содержат железо и тяжелые цветные металлы, которые накапливаются слоями. Как только крошечное биосемя сформировалось, ионы металлов непрерывно прикрепляются к внешнему слою. Работая в сотрудничестве с китайскими учёными, главным образом с профессором доктором XH Вангом, Мюллер теперь обнаружил, что запускает этот процесс. Согласно их выводам, биосемена представляют собой бактерии, которые имеют дополнительный белковый слой, известный как S-слой, на внешней мембране. «Самый внешний слой S-слоя представляет собой идеальную органическую матрицу, которая не только защищает микроорганизмы от вредного воздействия окружающей среды, но и способствует отложению минералов». Мюллер и его партнеры по исследованиям обнаружили полные цепочки бактерий с S-слоями в марганцевые конкреции, которые послужили основой для синтеза биоматериалов. «Как только появляется первичный слой, вступает в силу автокатализ, и материал сам завершает процесс». В случае глубоководных корок биосемя обеспечивает одноклеточная водоросль, а не бактерия. Глубоководные корки, также известные как марганцевые или кобальтовые корки, встречаются на глубинах от 800 до 2400 метров и также содержат значительное количество ценного сырья. Они созданы кокколитофоридами — формой бронированных водорослей, полностью покрытых защитной оболочкой из карбоната кальция. Эти водоросли обитают на глубине около 100 метров. Когда они умирают, их защитные оболочки опускаются на более глубокие уровни, где посредством химического превращения образуются связи с ионами марганца. «Возможно, мы сможем использовать природу в качестве модели, чтобы в будущем мы также могли использовать водоросли и бактерии для извлечения марганца и других металлов из морской воды», — объясняет Мюллер. Это могло бы помочь разрядить потенциальные будущие конфликты за ресурсы и способствовать устойчивому производству без ущерба для глубоководной среды.